PNAS：美发现KP1212诱导HIV基因突变的机制

15年前，麻省理工学院的John Essigmann和来自华盛顿大学的同事们提出了有关抗艾滋病药物的一个新想法。他们认为，如果能够诱导病毒失控性地突变，就可以迫使病毒变弱并最终死亡。我们的免疫系统就是利用这种策略来对抗许多的病毒。

如预期的那样，研究人员开发出了这样的一种药物，它能够引起HIV 高速突变。然而2011年的一项小型临床实验报告称，其并没有清除患者体内的病毒。在一项新研究中，Essigmann和同事们确定了这一药物背后的作用机制，他们认为这可以帮助他们开发出更好的药物版本以更快的速度破坏病毒。

他们说，这类药物可以帮助对抗仍然存在于患者T细胞中的残留病毒。通过给予通常用于治疗HIV的三联药物这些患者的疾病获得了长期的缓解。然而由于这些病毒会周期性地再度出现，患者必须无限期地继续服用药物鸡尾酒，被认为是“无法治愈”的。

Essigmann说：“这确实是HIV中最大的一个问题。我们希望通过在很长的一段时间给予这类治疗，有可能让患者的HIV潜伏池突变至一定的程度，使得它无法再引起活动性疾病。”

在发表于7月28日《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项新研究中，研究人员发现了一种叫做KP1212的药物诱导HIV基因突变的确切机制。麻省理工学院博士后Deyu Li、Bogdan Fedeles和Vipender Singh，以及麻省理工学院研究生Chunte Sam Peng 是这篇论文的主要作者。Essigmann和前麻省理工学院教授Andrei Tokmakoff 是这篇论文的共同资深作者。

在HIV感染细胞后，它会快速地生成自身的遗传物质拷贝。这种拷贝非常容易出错，因此病毒能够很快地突变。这通常导致了病毒能够逃避免疫系统和人造药物，由此帮助病毒生存下来。在上世纪90年代末的一次会议中，Essigmann从一名进化生物学家那里了解到，如果能够迫使病毒的突变率增高两倍，它将无法生成功能性的蛋白质。

Essigmann和华盛顿大学生物化学教授Lawrence Loeb开始合作来探讨这一想法。Essigmann一直在开发模拟自然核苷酸——A、C、T和G 碱基的化合物，这些化合物可通过结合错误的配体来诱导遗传突变。Loeb 则是聚合酶方面的专家。

与华盛顿免疫学教授和HIV专家James Mullins一起，Essigmann和Loeb设计出了一种叫做5-hydroxycytosine的分子，这一结果描述在1999年的一篇PNAS论文上。当给予实验室培养的HIV感染细胞这一分子时，其整合到了病毒基因组中取代天然形式的胞嘧啶。在25个病毒复制周期内，这些感染细胞中的HIV病毒群瓦解。

研究人员随后成立了一家Koronis制药公司，开发出了诱变力比5-hydroxycytosine高100倍的化合物KP1212。在一项针对32名患者的为期4个月的临床试验中，患者病毒DNA中的突变发生了累积，但还不足以破坏病毒群。此外，他们也证实了这一药物是安全的：它没有让患者自身DNA发生突变，其部分原因是他们设计这一药物使得人类DNA聚合酶无法接受它。

在这篇PNAS新文章中，研究员人员利用先进的光谱学技术分析了KP1212促进互变异构的能力。这使得研究人员看到了KP1212将自身插入到基因组中时，它可以在5种不同的形状之间进行切换。其中一些像胞嘧啶一样，与鸟嘌呤配对。而一些互变异构体像胸腺嘧啶一样，因此它们将与腺嘌呤配对，引入突变。

“5种分子在纳秒时间尺度上改变形状，每种形状都有着一种不同的碱基配对特性，因此你将看到KP1212配对碱基的混乱性，”Singh说。

为了看到形态转变，研究人员利用了NMR和Tokmakoff 开发的2D红外线光谱技术。这一技术使得科学家们能够确定核酸碱基的原子组成和结构。

随后，利用Essigmann实验室开发的一种遗传工具，研究人员确定KP1212诱导了10%HIV基因组突变率。基于这些研究结果，Essigmann估计如果KP1212能够将HIV 突变率提高两倍，它可以在1-2年时间清除患者体内的病毒。

Koronis希望能够开展更长期的 KP1212 实验，并有兴趣开发出能够以更快地速度起作用的药物，通过改变分子的一些化学特征及测试它们是否加速突变率来实现这一目标。

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